Placas de circuito impresso Shellac para proteger o meio ambiente

Eletrônica "verde" graças aos estudos do EMPA sobre o uso de um conhecido biomaterial para matrizes de chips: o... excremento de cochonilha

A embalagem "Inteligente" graças a sensores que controlam as mercadorias, especialmente perecíveis como o frutas e vegetais, em longas rotas de transporte, eles são uma tendência para o futuro.
No entanto, eletrônicos impressos e descartáveis ​​também causam sérios problemas: os metais nas tintas de impressão são caros e descartá-los de maneira ambientalmente correta também é muito caro, agravando o problema do lixo eletrônico. Uma nova solução, desenvolvida em Suíça por pesquisadores deEMPA, visa remediar isso.

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Mais preciso, mais rápido e mais barato com secreções de insetos

Cientistas de todo o mundo trabalham há anos na produção de circuitos elétricos e eletrônicos usando processos aditivos como o impressão robótica 3D (o assim chamado "fundição robótica”) com grande sucesso, mas agora essa atitude está se tornando um problema.
As partículas de metal que tornam essas "tintas" eletricamente condutoras estão exacerbando o problema do lixo eletrônico.
O problema é ainda mais grave na medida em que o "lixo” desse tipo gerado pelo mercado tende a aumentar no futuro em vista da lançamento de novos tipos de sensores descartáveis, alguns dos quais são e serão usados ​​apenas por alguns dias.
"Resíduos Inúteis", acha Gustav Nystrom, chefe do centro de pesquisa especializado em Cellulose & Wood Materials de Laboratórios Federais Suíços para o Ciência e Tecnologia de Materiais: “Existe uma necessidade urgente de materiais que equilibrem desempenho eletrônico, custo e sustentabilidade.”
Para desenvolver um tinta ecológica, a equipe do cientista sueco estabeleceu metas ambiciosas: sem metal, não tóxico e biodegradável. E, pensando em aplicações práticas também facilmente moldável e estável à umidade e ao calor moderado.

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Placas alongadas de grafite misturadas com partículas de fuligem

Os pesquisadores deEMPA eles escolheram o carbono barato como material condutor, como destacaram recentemente na revista “Relatórios Científicos".
Mais precisamente: placas alongadas de grafite misturadas com minúsculas partículas de fuligem, que estabelecem um contato elétrico entre essas mesmas estruturas, tudo em uma matriz feita de um conhecido biomaterial: a goma-laca, obtida a partir de excrementos ou secreções de cochonilhas.
Le cochonilhas ou, indevidamente, coccídeos (Coccoidea Handlirsch), são uma superfamília de insetos fitófago incluído na ordem de rinoceronte (subordem homopteraseção Sternorryncha). O nome cochonilha vem do espanhol cochinila ("porco de madeira"). Eles são exclusivamente insetos fitomiceo e constituem um dos grupos mais importantes de insetos nocivos.
Antigamente era usado para fazer registros de música; hoje é usado, entre outras coisas, como verniz para instrumentos de madeira e para lacagem de pregos.
Seus benefícios correspondem exatamente ao perfil desejado de pesquisadores. Além disso, é solúvel em álcool, portanto, um solvente barato que evapora depois que a tinta é aplicada e seca.

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Um material fluido, quando submetido a uma força de cisalhamento lateral

Apesar desses ingredientes simples, a tarefa acabou sendo mais desafiadora do que o esperado. Isso ocorre porque, quando usado no simples serigrafia ou com os modernos impressora 3d, a tinta deve apresentar um comportamento de cisalhamento desbaste.
Em "repouso", a tinta é bastante viscosa. Mas na hora da impressão, quando ela é submetida a uma força de cisalhamento lateral, ela fica um pouco mais lisa, muito parecida com uma tinta de parede anti-gota que só adquire uma textura mais lisa quando aplicada pela força do rolo.
Quando usado na manufatura aditiva, como o Imprimir 3D com um braço robótico, no entanto, isso é particularmente difícil: uma tinta muito viscosa seria muito dura – mas se ficar muito líquida durante a impressão, os componentes sólidos podem se separar e entupir o bico pequeno da impressora.

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Testes aprovados em processos exigentes como “robocasting”

Para atender aos requisitos necessários, os pesquisadores mexeram intensamente na formulação de sua tinta. Eles testaram dois tamanhos de plaquetas de grafite: 40 micrômetros e 7 a 10 micrômetros de comprimento.
Muitas variações e tentativas também foram necessárias na proporção de mistura de grafite e negro de carbono, porque muito negro de carbono torna o material quebradiço com risco de rachaduras e fissuras quando a tinta seca.
o preto de carbone o negro de carbono é um pigmento, produzido pela combustão incompleta de derivados de petróleo pesados, quali alcatrão de hulha, alcatrão obtido de craqueamento de etileno, ou de gorduras e óleos vegetais.
Ao otimizar a formulação e a composição relativa dos componentes, a equipe deEMPA foi capaz de desenvolver diferentes variantes da tinta, que podem ser usadas em diferentes processos de impressão bidimensionais ou tridimensionais.
“O maior desafio foi conseguir alta condutividade elétrica”Diz Xavier Aeby, um dos pesquisadores envolvidos, “e ao mesmo tempo formam uma rede semelhante a um gel de carbono, grafite e goma-laca.”
Cientistas do centro de pesquisa Celulose e Materiais de Madeira estudaram o comportamento prático deste material em diferentes fases.
Por exemplo, com um pequeno paralelepípedo de teste: 15 grades sobrepostas do 3D Printer, feito de fios finos de apenas 0,4 mm de diâmetro.
Isso provou que a tinta era suficiente mesmo para processos exigentes como “fundição robótica".

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Um sensor de tensão PET com resistência elétrica

Para provar sua adequação para fazer componentes reais, os pesquisadores construíram, entre outras coisas, um sensor de tensão: uma tira fina de PET com um padrão de tinta impresso nele, cuja resistência elétrica mudava com grande precisão de acordo com vários graus de flexão.
Além disso, testes de resistência à tração, estabilidade na água e outras propriedades mostraram resultados promissores e, portanto, a equipe de pesquisa daEMPA ele está confiante de que o novo material, que já foi patenteado, pode se mostrar ideal na prática.
“Esperamos que este sistema de tinta possa ser usado para aplicações em eletrônicos impressos sustentáveis”ele concluiu Gustav Nystrom.
“Isso se aplica, por exemplo, a traços condutores e elementos sensoriais em embalagens inteligentes e dispositivos biomédicos ou no campo da alimentação e detecção ambiental.”

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